Дерево

Сухая перегонка древесины

Как получить метанол в домашних условиях?

Пиролиз древесины: понятие и продукты

Пиролиз древесины (сухая перегонка древесины) это разложение древесины при ее нагревании до температуры 450 °C без доступа кислорода. В результате данного процесса образуются газообразные и жидкие (в том числе древесная смола смолы) продукты, а также твердый остаток — древесный уголь.

Технология и процесс пиролиза древесины это один из первых технологических химических процессов, известных человечеству. Начиная с середины XII века, данную технологию широко использовали в нашей стране для выработки сосновой смолы (которая использовалась для пропитки канатов и просмолки деревянных судов). Данный промысел тогда носил название смолокурение.

Когда начала развиваться металлургия, возник другой промысел, который также был основан на сухой пиролизе древесины, — углежжение. В данном случае конечным продуктом пиролиза был древесный уголь. Начало распространения промышленного применения пиролиза древесины можно считать XIX век. Главным продуктом пиролиза тогда была уксусная кислота, а в качестве сырья использовалась только древесина лиственных пород.

В основе процесса пиролиза древесины лежат различные свободнорадикальные реакции термодеструкции целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз, протекающие при температурах от 200 до 400°C. Пиролиз древесины это экзотермический процесс, при котором образуется довольно большое количество теплоты (около 1150кДж/кг).

Технологическая схема пиролиза древесины включает в себя следующие этапы:

  • разделка древесного сырья на куски
  • сушка разделанной древесины
  • непосредственно пиролиз
  • охлаждение и стабилизация угля (для предотвращения самовозгорания);
  • полная конденсация паров летучих продуктов.

Самой продолжительной и энергоемкой стадией из всех перечисленных выше является сушка древесины до влажности 15%.

Продукты пиролиза древесины

В настоящее время для осуществления процесса пиролиза древесины обычно применяют лиственные породы, но иногда (главным образом во время комплексной переработки сырья) используют и древесину хвойных пород. Современные технологии пиролиза позволяют получить из древесины березы:

  • древесный уголь — 24-25% древесного угля,
  • жидкие отходы (так называемая жижка) — 50-55%
  • газообразные продукты — 22-23%

Чем больше будет размер взятых для пиролиза кусков древесины, тем крупнее получится твердый остаток. Полученный в результате пиролиза древесный уголь после процедуры сортировки по размеру кусков направляется непосредственно потребителю, либо на переработку.

При переработке жижки, полученной в результате пиролиза, отстаивается древесная смола (которой примерно 7-10%) и одновременно с этим протекают многочисленные превращения компонентов. Из смолы можно выделить широкий ассортимент ценных продуктов. Как правило, из жижки выделяют уксусную кислоту. Ее как правило извлекают из жижки экстракцией, и затем, путем ректификации и тщательной химической очистки перерабатывают в готовый к реализации пищевой продукт.

Газообразные продукты пиролиза древесины (неконденсирующиеся газы) включают в себя:

  • диоксид углерода CO2 (примерно 45-55%)
  • оксид углерода CO (28-32%)
  • водород H2 (1-2%)
  • метан CH4 (8-21%)
  • другие углеводороды (1,5-3,0%).

Состав газообразных продуктов пиролиза древесины зависит от температуры пиролиза, скорости и от способа нагрева. Теплота сгорания газообразных продуктов колеблется в диапазоне величин от 3,05 до 15,2 МДж/м³. Все перечисленные выше факторы, а также порода древесины, ее качество и влажность определяют конечный выход продуктов пиролиза.

С увеличением температуры возрастает выход древесной смолы и газообразных продуктов, но снижается выход древесного угля, спиртовых продуктов и уксусной кислоты. Уголь в результате увеличения температуры образуется с более высоким процентным содержанием углерода. Средний выход главных продуктов пиролиза древесины составляет (из расчета на сухую древесину):

  • древесный уголь — 23-24%
  • древесная смола — 10-14%
  • уксусная кислота — 5-7%

Техника пиролиза древесины достаточно разнообразна, однако большинство используемых в мировой практике устройств безнадежно устарело и не отвечает всем современным требованиям. Кроме этого, необходимость в пиролизе древесины постоянно падает, поскольку уничтожать такое экологически чистое сырье достаточно расточительно. Однако, технология пиролиза древесных опилок начинает пользоваться все большей популярностью.

Пиролиз древесных опилок

Пиролиз древесных опилок является наиболее выгодным способом утилизации древесных отходов. Благодаря данной технологии, отходы деревообрабатывающей промышленности можно не везти на полигон отходов для захоронения, а использовать для выработки тепло и электроэнергии.

В последние годы подобное использование древесных отходов начало рассматриваться как великолепная альтернатива традиционным видам топлива. Все это напрямую связано с тем, что древесные опилки в качестве топлива обладают рядом преимуществ:

  • они относятся к возобновляемым источникам тепловой энергии
  • являются абсолютно CO2-нейтральными
  • в составе опилок практически нет серы
  • существует возможность сжигать влажные отходы (содержащие до 55 — 60% влаги)
  • коррозионная агрессивность дымовых газов довольно низка
  • низкая, в сравнении с ископаемым топливом, цена сырья

Использование древесных отходов в качестве топлива не только гораздо меньше вредит окружающей среде, а еще и служит источником экономии средств. Этот путь экономии невосстанавливаемых природных ресурсов способен позволить России приблизиться к более развитым странам по такому показателю как удельная энергоемкость промышленного производства, что делает его крайне привлекательным. И все это ведет к тому, что технологии пиролиза древесных опилок в последние годы постоянно развиваются и совершенствуются.

  • Комментарии к статье
  • Вконтакте

горбачовська перебудова в україні

Пиролиз древесины: понятие и продукты

Прежде чем описать процесс пиролиза древесины, стоит дать общее понятие пиролиза как процесса.
Итак, пиролиз – это химическая реакция деструкции вещества, вызываемая воздействием высокой температуры. В естественных условиях она протекает совместно с горением.

Последовательность хода процесса покажем на примере древесины:

  • нагрев вещества от внешнего источника тепла;
  • при температуре около 300 °С начинается процесс разложения вещества и выделения горючих углеводородов;
  • так как доступ кислорода не ограничивается, а тепло подводится в виде открытого пламени, при достижении 500 °С количество газов возрастает и происходит их возгорание;
  • реакция горения протекает самостоятельно, без внешнего источника тепла. Сжигаемые углеводороды обеспечивают нужное количество теплоты для дальнейшего термического разложения древесины.

Сфера применения пиролиза древесины

В идеальном варианте пиролиз древесины происходит в закрытом пространстве без поступления кислорода и с постоянным подведением тепла извне. Чтобы не расходовать для этой цели дорогие энергоносители, для поддержания процесса используют часть конечного продукта – смесь горючих газов. В состав смеси входит метан, угарный газ (СО) и водород, из негорючих веществ в ней присутствуют углекислый газ и азот.

Получение газообразного горючего из различных отходов деревообработки – это и есть основная сфера применения пиролиза древесины в промышленности.

Пример установки пиролиза древесины

Основное оборудование для технологического процесса — это пиролизные печи (газогенераторы), блоки охладителей и фильтров. Сырье в виде опилок, щепы и прочих отходов загружается в печь и там сжигается при минимальной подаче воздуха. Поскольку производительность установки напрямую зависит от температуры, то в промышленности зачастую применяют так называемый быстрый пиролиз, когда сырье разогревается с высокой скоростью. Смесь газов проходит охлаждение и фильтрацию, после чего закачивается в резервуары для дальнейшей обработки.

Применение пиролиза в котлах

Пиролизные котлы — это группа твердотопливных агрегатов. Она отличается от традиционных котлов прямого горения наличием двух камер вместо одной. По задумке, в первичной камере сжигания идет процесс газификации твердого топлива при подаче недостаточного количества кислорода, а во второй – дожигание выделяющихся пиролизных газов при добавлении вторичного воздуха. Но так ли процесс сжигания проходит на самом деле? Чтобы это понять, надо рассмотреть конструкцию теплогенератора.

На данный момент существует 2 вида пиролизных котлов, разберем устройство каждого подробнее. Самая популярная конструкция – когда первичная топка находится над вторичной. Между ними имеется форсунка прямоугольного сечения, сделанная из огнеупорного кирпича. А теперь внимание: воздух в главную топку нагнетается с помощью вентилятора, частично попадая и в нижнюю камеру для дожигания газов. То есть, принцип пиролиза нарушен изначально, так как вместо ограничения по кислороду вентилятор создает его избыток.

Что это дает? Полное и эффективное сжигание дров, так что и золы не остается. Но этому есть объяснение: сухое дерево не оставляет после себя золы, а только легкий пепел, половина которого просто выдувается вентилятором через форсунку в дымоход. По всем признакам данной конструкции можно присвоить название «котел верхнего дутья», поскольку вентилятор нагнетает воздух в верхнюю камеру. За счет этого возрастает температура горения, увеличивается выход газа, но он тут же сгорает, проходя через форсунку. Подобный алгоритм работы имеет мало общего с химической реакцией пиролиза.

Котлы с естественной подачей воздуха

В другом типе теплогенераторов камеры расположены наоборот: главная топка снизу, вторичная – над ней.

Кунсткамера

Форсунки нет, вместо нее устроен обычный газоход, соединяющий камеры между собой. Вентилятора здесь нет, воздух в обе топки подается естественным путем – за счет тяги дымохода. Причем подача осуществляется по раздельным каналам. Следует отметить, что в данном случае процесс пиролиза древесины организован лучше, горение в топливнике происходит с малым расходом воздуха, его поступление ограничено заслонкой.

О наших котлах

Наши котлы относятся к второму типу — работают на естественной тяге, с сжиганием топлива через окисление отходящих газов при помощи инжекторов в камере сгорания.

Соберите прибор, изображенный на рисунке 1. В железную трубку заложите мелкораздробленный каменный уголь, освобожденный от угольной пыли. Одно отверстие трубки закройте деревянной пробкой, посаженной на асбест, в другой конец трубки вставьте корковую пробку на асбесте с вставленной в нее стеклянной трубкой.

Рис. 1. Действующая лабораторная установка для сухой перегонки каменного угля

1 — железная   трубка с углем;  2 — жаровня; 3 — сборник; 4 – ванна с холодной водой;

5 — трубка с гидратом оксида железа; 6 — светильный газ

Обе пробки залейте смесью из жидкого стекла и гипса или одним гипсом. Железную трубку вставьте в жаровню или закрепите на металлическом штативе и подогрейте двумя газовыми горелками. Стеклянную трубку, выходящую из железной трубки, соедините с уловителем, который в свою очередь соединяется с U-образной трубкой, погруженной в банку с очень холодной водой или снегом.

Пиролиз древесины

В эту трубку поступает каменноугольная смола и часть подойольной воды.

С U-образной трубкой соедините уловитель аммиака, функцию которого может выполнить колонка, заполненная битым стеклом и орошаемая сверху водой. За колонкой расположите стеклянную трубку диаметром 20-25 мм и длиной 15 см, в которую положите кусочки стекла или глиняные черепки с нанесенным на них гидроксида железа (трубка является уловителем серы). В конце прибора закрепите на щтативе опрокинутый цилиндр, наполненный водой и опущенный в ванну. В этот цилиндр собирайте очищенный светильный газ. Работу ведите под тягой.

Через некоторое время после начала нагревания же­лезной трубки вы заметите поступление паров воды в U-образную трубку и уловитель (колонку). Первые порции газа из конечной трубки выпустите в атмосферу, а когда будет установлено, что газ горит спокойно, трубку подведите под цилиндр, заполненный водой. По прошествии 30—35 минут после начала выделения газа обычно процесс заканчивается, о чем можно судить по прекращению выделения светильного газа (пузырьки газа не пробулькивают через воду, находящуюся в конечном сосуде).

По окончании процесса газопроводную трубку выньте из воды и только после этого прекратите нагревание. Прибор разберите, смолу отделите от воды при помощи делительной воронки, отдельно соберите аммиачную воду. После остывания железной трубки выньте из нее пробки и при помощи железного стержня вытолкните кокс.

Таким образом, в результате коксования вы получите кокс, каменноугольную смолу, аммиачную воду и светильный газ. В трубке с гидроксидом железа можно обнаружить желтоватый налет серы.

Для получения бензола, толуола, ксилола, нафталина и т. п. необходимо иметь достаточное количество каменноугольной смолы, которую можно получить самим, проведя несколько раз сухую перегонку каменного угля.

Ваш отзыв

Вы должны войти, чтобы оставлять комментарии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *